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From Cloud to Ground: Snow Accumulation in Extreme Environments

English title From Cloud to Ground: Snow Accumulation in Extreme Environments
Applicant Lehning Michael
Number 179130
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution WSL - Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Meteorology
Start/End 01.09.2018 - 31.08.2022
Approved amount 1'265'972.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Meteorology
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy

Keywords (7)

snowcover; snow deposition; sintering; sublimation; blowing snow; atmospheric modelling; snowfall

Lay Summary (German)

Lead
Die Untersuchung und quantitative Beschreibung der zwischen "Himmel und Erde" stattfindenden Prozesse der Schneeverfrachtung, Schneeablagerung und Schneesublimation führt zu besseren Vorhersagen von Wetter, Klima und Wasserressourcen im Hochgebirge und in den Polargebieten.
Lay summary
Schneefall ist in den Gebieten mit einem extremen Klima auf unserer Erde, also insbesondere im Hochgebirge und an den beiden Polen, nur ungenügend verstanden. Die Modellvorhersagen haben eine grosse Unsicherheit und deshalb sind auch die Abschätzungen der zukünftigen Änderungen in Folge des Klimawandels nicht genau genug. Die direkte Messung von Schneeniederschlag erreicht auch nicht annähernd die nötige räumliche Abdeckung oder Genauigkeit.

Im Projekt "Von den Wolken bis zum Grund: Schneeablagerung im Hochgebirge und an den Polen" untersuchen wir die Prozesskette von der Niederschlagsbildung in den Wolken bis zur permanenten Ablagerung des Schnees am Boden.
Dabei wird insbesondere der Einfluss des bodennahen Windfeldes auf den Transport, die Sublimation und die Ablagerungsdynamik erforscht. Mit Hilfe von neuartigen Messsystemen, die wir im Gebirge und an den Polen einsetzen, sowie numerischen Modellen, werden die Prozesse genau untersucht. Das bessere Verständnis und neue theoretische Ansätze in der physikalischen Beschreibung sind die Grundlage dafür, dass diese Prozesse dann auch in den Wetter- und Klimamodellen richtig abgebildet werden.

Das Projekt nimmt auch die zukünftige Entwicklung ins Visier und wird neue Vorhersagen machen, wie sich Schneefall und Schneeablagerung in Zukunft ändern werden. Damit kann dann auch die zukünftige Entwicklung unserer Gletscher sowie der grossen Eisschilde besser abgeschätzt werden.

Zwei Hauptkonsequenzen ergeben sich für die Gesellschaft: 1) Das Niederschlagsregime und die Dynamik von Eis und Schnee im Hochgebirge bestimmen die Wasserversorgung eines sehr grossen Teils der Weltbevölkerung. 2) Die Dynamik des Anstiegs des Meeresspiegels und die damit verbundenen Gefahren ist massgeblich durch die Entwicklung der grossen Eisschilde an den Polargebieten beeinflusst und damit auch wieder von der Schneeablagerung abhängig.
Direct link to Lay Summary Last update: 04.09.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
147184 Intermittency of Drifting Snow 01.08.2013 Project funding (Div. I-III)
160667 Snow Cover impacts on Antarctic Sea Ice (SCASI) 01.02.2016 Project funding (Div. I-III)
150146 Snow-atmosphere interactions driving snow accumulation and ablation in an Alpine catchment 01.04.2014 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The cryosphere is vanishing on planet earth - almost everywhere and faster than anticipated. Nevertheless, in some places, such as East Antarctica, more ice may be forming due to increased precipitation and sufficiently cold temperatures. Predictions, however, suffer from the fact that snow deposition and surface mass balance is not quantitatively understood in these extreme environments. This is true for polar regions and the rugged high-mountain environments. Therefore, we propose to investigate precipitation, deposition of snow and the formation of a (permanent) snow cover on high-mountain terrain, glaciers, ice sheets and sea ice. Our work focuses on the processes that happen between the snow production in the clouds and the final deposition and incorporation into the snow and firn cover on the ground. The quantitative contribution of extended snow transport and snow sublimation as well as cycles of snow deposition and re-erosion are not understood sufficiently well. This project will be a milestone with respect to (i) increasing our basic understanding and (ii) creating the modelling basis to be used in weather and climate predictions. The uncertainty in climate change predictions, weather forecasting and the interpretation of firn and ice cores that arises from an insufficient quantitative understanding of these deposition processes is large and has not received sufficient attention in the past. Based on local but spatially distributed (1 km2) measurements of snow mass change and collocated measurements of drifting snow flux, exchange of latent heat (sublimation) and sensible heat as well as general meteorology, snow deposition will be quantitatively understood and will be used to constrain precipitation predictions. The ability to quantitatively understand and model the processes involved until a permanent incorporation of (fresh) snow into the snow and firn cover happens will be a major step forward. It will serve as a basis to assess total snow surface mass balance over the large Antarctic and Arctic ice sheets and alpine terrain including glaciers.We use a mixture of proven and new measurement technologies and strategies together with numerical modelling and remote sensing to achieve a full quantitative understanding of precipitation amounts, blowing and drifting snow mass balances, snow sublimation and finally snow cover generation. At a minimum of six test sites, the high-mountain landscape Davos/Dischma and Plaine Morte glacier in Switzerland, the Antarctic stations Davis and Princess Elisabeth, a field station on the East Antarctic Plateau and the Arctic sea ice will be used as measurement sites. A combination of permanent (local) and campaign based snow depth change measurements together with drifting snow and sublimation flux (latent heat) measurements will give a complete picture of the snow surface mass balance over a footprint area of approximately 1 km2. This can be compared to estimates from atmospheric models and remote sensing products, in particular we will validate against GRACE data. This new quantitative understanding will lead to improved atmospheric model assessments on the surface mass balance of large Alpine glaciers and the Greenland and Antarctic ice sheets, which will be made in collaboration with external partners. As a final step, the potential impact of predicted climate change on these surface mass balances will be assessed. This will provide not only an updated assessment of the snow surface mass balance for the extreme environments in the high mountains and polar regions, but also a prediction of expected changes and their potential effects on the global water balance including sea level rise.
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